CN217563540U - 交流输入控制电路、变频驱动器及用电设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种交流输入控制电路、变频驱动器及用电设备；交流输入控制电路包括：整流器、中间电路、电压转换电路、采样电路、比较电路和控制模块；采样电路从电压转换电路的输出端采集电流信号，将采集的电流信号转换为电压采样信号送至比较电路；比较电路将电压采样信号与基准电压信号进行比较，输出比较结果信号至控制模块；控制模块根据比较结果信号输出控制信号至电压转换电路，控制电压转换电路的接入状态。本申请的交流输入控制电路，通过电压转换电路的输出端电流的大小来判断电压转换电路是否会影响后端的逆变器，从而控制电压转换电路的接入状态，避免电压转换电路分压后影响后级电路的正常工作，解决了谐振电路应用功率的局限性。

Description

交流输入控制电路、变频驱动器及用电设备

技术领域

本申请涉及变频驱动技术领域，具体涉及一种交流输入控制电路、变频驱动器及用电设备。

背景技术

变频驱动器是一种电机控制器，通过改变供给到交流电动机的频率及电压，从而控制电动机的转速，以使电动机的输出满足速度和扭矩要求。具体来说，为了控制电动机的转速，变频器控制提供给它的电能频率。频率与电动机转速直接相关：频率越高，电动机的转速越快。随着实际应用的需求发生变化，变频驱动器可以简单地调高或调低电动机转速，以满足应用需求，从而节省能源。

变频驱动器通常包括整流器、中间电路和逆变器。整流器允许电流仅在一个方向流动，用于将输入AC电源变换为单向的正弦波；中间电路用于将单向正弦波进行调节整流，转换为DC电源；然后将DC电源馈送到逆变器，逆变器将DC转换回所需频率和电压的AC电源。

相关技术中，采用谐振方案设计变频驱动器时，常受功率的影响，大功率情况(功率电流超16A)下使用，会因电抗器分压而导致输出电压偏低，使得逆变器运行不稳甚至损坏。

实用新型内容

为解决大功率情况下因电抗器分压而导致输出电压偏低，使得逆变器运行不稳的问题，本申请提供一种交流输入控制电路、变频驱动器及用电设备。

根据本申请实施例的第一方面，提供一种交流输入控制电路，包括整流器、中间电路、电压转换电路、采样电路、比较电路和控制模块；

交流电源接入所述电压转换电路的输入端；所述电压转换电路输出的电能依次经过所述整流器和所述中间电路处理后输出；

所述采样电路从所述电压转换电路的输出端采集电流信号，将采集的电流信号转换为电压采样信号送至所述比较电路；所述比较电路将所述电压采样信号与基准电压信号进行比较，输出比较结果信号至所述控制模块；

所述控制模块根据所述比较结果信号输出控制信号至所述电压转换电路，控制所述电压转换电路的接入状态。

进一步地，所述电压转换电路包括第一电压转换器件和第一可控开关；

所述第一电压转换器件的输入端连接交流电源接，输出端连接所述整流器；

所述第一可控开关与所述第一电压转换器件并联，所述第一可控开关的控制端与所述控制模块的输出端连接；所述第一可控开关在所述控制信号的作用下导通或断开。

进一步地，所述交流电源为三相交流电源；所述电压转换电路包括三组第一电压转换器件及对应的第一可控开关；三组所述第一电压转换器件和所述第一可控开关分别设置在三相交流电源的三条相线上。

进一步地，所述第一电压转换器件采用电抗器；所述第一可控开关采用继电器、MOS管、IGBT、三极管或者可控硅。

进一步地，所述电压转换电路包括电抗器L1、电抗器L2和电抗器L3，以及与电抗器L1并联的继电器K1、与电抗器L2并联的继电器K2、与电抗器L3并联的继电器K3。

进一步地，所述采样电路包括多个串联连接的采样电阻；所述采样电路的一端与所述电压转换电路的输出端连接，另一端接地。

进一步地，所述采样电路包括依次串联的电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4，电阻R1的一端与所述电压转换电路的输出端连接，电阻R4的一端接地；

电阻R3与电阻R4的公共端为电压取样点，该点的电压信号送至所述比较电路。

进一步地，所述中间电路包括第二电压转换器件、第二可控开关和储能器件；

所述第二电压转换器件的第一端与所述储能器件的第一端连接；所述第二电压转换器件的第二端和所述储能器件的第二端连接所述整流器的输出端；所述储能器件的两端用于连接逆变器的输入端；

所述第二可控开关与所述第二电压转换器件并联，所述第二可控开关的控制端与所述控制模块的输出端连接。

进一步地，所述第二电压转换器件为电抗器L4，所述第二可控开关为继电器K4，所述储能器件为电容C1。

进一步地，所述控制模块输出两路相反的控制信号，分别作用于所述第一可控开关和所述第二可控开关，使所述第一可控开关和所述第二可控开关的导通状态相反。

进一步地，所述控制模块包括控制单元和反相器；所述控制单元的输入端与所述比较电路的输出端连接；所述控制单元的输出端直接与所述第一可控开关连接，所述控制单元的输出端还通过所述反相器与所述第二可控开关连接。

根据本申请实施例的第二方面，提供一种变频驱动器，包括上述任意一种实施例所述的交流输入控制电路；还包括逆变器，所述逆变器的输入端与所述中间电路的输出端连接，所述逆变器的输出端给电动机供电。

根据本申请实施例的第三方面，提供一种用电设备，包括上述实施例所述的变频驱动器。

本申请的实施例提供的技术方案具备以下有益效果：

本申请的交流输入控制电路，通过采样电路采集电压转换电路的输出端的电流，根据该电流的大小来判断电压转换电路是否会影响后端的逆变器，从而控制电压转换电路的接入状态，避免电压转换电路分压后影响后级电路的正常工作，从而提高逆变器的可靠性，并且解决了谐振电路应用功率的局限性。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

图1是根据一示例性实施例示出的一种常规变频驱动器电路。

图2是根据一示例性实施例示出的一种三相交流输入控制电路的框图。

图3是根据一示例性实施例示出的一种变频驱动器的电路框图。

图4是根据一示例性实施例示出的一种变频驱动器的电路示意图。

图中：101-整流器；102-中间电路；103-逆变器；201-整流器；202-中间电路；203-逆变器；204-电压转换电路；205-采样电路；206-比较电路；207-控制模块。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的电路的例子。

为进一步详述本申请的技术方案，首先具体解释变频驱动器的工作模式。

如图1所示是一种变频驱动器电路，包整流器101、中间电路102和逆变器103，该电路仅能应用于小功率机组(输入电流小于16A)。如果应用于大功率场合，会因电抗器分压导致负载电压过低，降低电压利用率。需要说明的是，行业标准将电流小于16A的情形定义为小功率。

为了解决上述问题，本申请提出一种三相交流输入控制电路，通过控制电抗器接入方式从而改善分压问题，使谐振方案适用于大功率产品。

图2是根据一示例性实施例示出的一种交流输入控制电路的框图。该交流输入控制电路包括整流器201、中间电路202、电压转换电路204、采样电路205、比较电路206和控制模块207。交流电源接入所述电压转换电路204的输入端；所述电压转换电路204输出的电能依次经过所述整流器201和所述中间电路202处理后输出。所述采样电路205从所述电压转换电路204的输出端采集电流信号，将采集的电流信号转换为电压采样信号送至所述比较电路206；所述比较电路206将所述电压采样信号与基准电压信号进行比较，输出比较结果信号至所述控制模块207。所述控制模块207根据所述比较结果信号输出控制信号至所述电压转换电路204，控制所述电压转换电路204的接入状态。

如图3所示，中间电路202的输出端用于连接逆变器203，逆变器203用于将直流电转换为电动机M所需频率和电压的交流电。

本申请的交流输入控制电路，通过采样电路采集电压转换电路的输出端的电流，根据该电流的大小来判断电压转换电路是否会影响后端的逆变器，从而控制电压转换电路的接入状态，避免电压转换电路分压后影响后级电路的正常工作，从而提高逆变器的可靠性，并且解决了谐振电路应用功率的局限性。

一些实施例中，所述电压转换电路204包括第一电压转换器件和第一可控开关。所述第一电压转换器件的输入端连接交流电源接，输出端连接所述整流器201。所述第一可控开关与所述第一电压转换器件并联，所述第一可控开关的控制端与所述控制模块207的输出端连接；所述第一可控开关在所述控制信号的作用下导通或断开。

在具体应用场景中，第一可控开关可以采用各种类型的电子开关器件，比如：继电器、MOS管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金属-氧化物半导体场效应晶体管)、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)、三极管、可控硅等器件，均可实现本申请的方案。将第一电压转换器件与第一可控开关并联，通过控制模块207输出的控制信号来控制第一可控开关；当第一可控开关导通时，第一电压转换器件被短路，此时可消除第一电压转换器的分压作用；当第一可控开关断开时，第一电压转换器件正常工作，会产生一定的分压作用。

一些实施例中，所述交流电源为三相交流电源；所述电压转换电路204包括三组第一电压转换器件及对应的第一可控开关；三组所述第一电压转换器件和所述第一可控开关分别设置在三相交流电源的三条相线上。

本申请的交流输入控制电路通常应用于三相交流电，电压转换电路204的输入端接入三相交流电源，因此电压转换电路204需要设置三条并联支路，分别对应三相电的电压转换。三个第一电压转换器件各自并联一个第一可控开关，并且三个第一可控开关同步受控于控制模块207，同时导通或断开，因此三个第一电压转换器件同步工作或者被短路。

一些实施例中，所述第一电压转换器件采用电抗器；所述第一可控开关采用继电器、MOS管、IGBT、三极管或者可控硅。本申请的实施例中，第一电压转换器件的作用主要是提升电压，因而采用电抗器。

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本实用新型的实施例作进一步详细描述。

如图4所示，一些实施例中，所述电压转换电路204包括电抗器L1、电抗器L2和电抗器L3，以及与电抗器L1并联的继电器K1、与电抗器L2并联的继电器K2、与电抗器L3并联的继电器K3。

继电器K1的开关触点两端与电抗器L1并联，继电器K1的线圈与控制单元的输出端连接；继电器K2和继电器K3分别以相同的连接方式与电抗器L2、电抗器L3并联。容易理解的是，继电器K1、K2和K3的类型相同，均为常开型或者常闭型，从而实现同步控制。以常开型为例，当控制单元输出高电平时，继电器K1、K2和K3线圈得电，对应触点闭合将电抗器L1、L2、L3短路；当控制单元输出低电平时，继电器K1、K2和K3线圈失电，对应触点断开，电抗器L1、L2、L3接入电路开始工作。

一些实施例中，所述采样电路205包括多个串联连接的采样电阻；所述采样电路205的一端与所述电压转换电路204的输出端连接，另一端接地。采样电路205采集电压转换电路204的输出电流，经过若干电阻后转换为电压信号输出至比较电路206。

如图4所示，所述采样电路205包括依次串联的电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4，电阻R1的一端与所述电压转换电路204的输出端连接，电阻R4的一端接地。电阻R3与电阻R4的公共端为电压取样点，该点的电压信号送至所述比较电路206。

需要说明的是，在具体应用场景中，电阻的数量和具体的电阻值根据实际的需求来设置，不限于四个电阻的情况；电压取样点也不限于某一点，可以选择任意两个电阻的公共端作为电压取样点。采样电路205连接到电压转换电路204中三条支路的任意一条上均可。

一些实施例中，所述中间电路202包括第二电压转换器件、第二可控开关和储能器件。所述第二电压转换器件的第一端与所述储能器件的第一端连接；所述第二电压转换器件的第二端和所述储能器件的第二端连接所述整流器的输出端；所述储能器件的两端用于连接逆变器的输入端。所述第二可控开关与所述第二电压转换器件并联，所述第二可控开关的控制端与所述控制模块207的输出端连接。

如图4所示，所述第二电压转换器件为电抗器L4，所述第二可控开关为继电器K4，所述储能器件为电容C1。容易理解的是，第一可控开关还可以采用其它类型的电子开关器件，比如：MOS管、IGBT、三极管、可控硅等器件，均可实现本申请的方案。第二电压转换器件的作用主要是提升电压，因而采用电抗器。

一些实施例中，所述控制模块207输出两路相反的控制信号，分别作用于所述第一可控开关和所述第二可控开关，使所述第一可控开关和所述第二可控开关的导通状态相反。

需要说明的是，在具体应用场景中，如果第一可控开关和第二可控开关均采用MOS管、IGBT、三极管、可控硅，则控制模块207需要输出两路相反的控制信号，从而控制第一可控开关和第二可控开关的导通状态相反。如果第一可控开关和第二可控开关均采用继电器，且均为常开型或常闭型，控制模块207同样需要输出两路相反的控制信号。但是当第一可控开关采用常开型继电器，第二可控开关采用常闭型继电器，那么控制模块207只需要输出一路控制信号，即可实现第一可控开关和第二可控开关的导通状态相反。

如图4所示，所述控制模块207包括控制单元和反相器；所述控制单元的输入端与所述比较电路206的输出端连接；所述控制单元的输出端直接与所述第一可控开关连接，所述控制单元的输出端还通过所述反相器与所述第二可控开关连接。容易理解的是，控制单元可以采用控制芯片，比如MCU芯片、DSP芯片等。

由于第一可控开关和第二可控开关需要的控制信号正好相反，所以本申请的实施例采用一个控制单元的输出信号作为一路控制信号，再通过反相器将输出信号处理后作为另一路控制信号，这样就能满足需求，并且电路结构比较简单。当然也可以采用两个控制单元分别生成两路相反的控制信号，这样电路结构就比较复杂，成本较高。

下面结合具体的应用场景，对本申请方案的工作原理进行拓展说明。

如图4所示，一种三相交流输入控制电路中，L1～L4为电抗器，K1～K4为继电器，R1～R6为电阻，U1为比较电路，U2为反相器，VCC为直流电压。相对于常规三相交流输入电路，增加了继电器及其控制模块207，继电器与电抗器并联，当输入功率偏小时(输入电流小于16A)时，继电器断开不短接电抗器，此时电抗器分压较少，不影响负载电压；当输入功率偏大时(输入电流大于16A)，电抗器的存在会分压，导致负载电压偏低而触发保护，故此时通过控制继电器吸合短接电抗器，使其无法分压，不影响该负载电压，故不会影响其正常工作。

采样电路205由采样电阻R1～R4、比较器U1组成，采样电阻R1～R4采样三相输入中某相电流，将其转化成电压信号给到比较器U1，与比较器U1的参考电压Vref比较后，输出一个信号给到控制单元，控制单元根据此控制信号来调制PWM波以控制继电器K1～K4工作状态，Vref由直流电压VCC、电阻R5、R6决定，Vref＝VCC×R6/(R5+R6)，VCC可以由+3.3V、+5V、+12V等直流电压源供电。

机组工作在小功率段时(输入电流小于16A)：采样电阻R1～R4采集输入电流信号并将其转化为电压信号，给到比较器U1，与参考电压比较后输出高电平给到控制单元，然后控制单元根据采样信号(比较器U1的输出信号)调制PWM波，输出控制信号给继电器，此时继电器K1～K3关断，控制信号由于被反相器U2反相，所以继电器K4与继电器K1～K3开关状态不一样，继电器K4导通，此时电抗器L1～L3用于提升电压，电抗器L4被短路，不工作。

机组工作在大功率段时(输入电流大于16A)：采样电阻R1～R4采集输入电流信号并将其转化为电压信号，给到比较器U1，与参考电压比较后输出低电平给到控制单元，然后控制单元根据采样信号调制PWM波，输出控制信号给继电器，控制继电器K1～K3导通，控制信号由于被反相器U2反相，所以继电器K4与继电器K1～K3开关状态不一样，继电器K4关断，此时电抗器L1～L3被短路不工作，电抗器L4用于提升电压。

本申请采用上述实施例的方案，通过在三相交流输入电路中加入控制器件，控制电抗器的接入方式，解决了因电抗器导致输出电压过低而影响逆变器正常工作的问题，提高了逆变器的可靠性。本方案能够扩宽谐振电路适用功率段，增加其兼容性；解决了大功率输入情况下，电抗器分压影响后级电路正常工作的问题；通过简单的采样控制模块，解决谐振电路应用功率的局限性。

如图3所示，本申请还提供一种变频驱动器，包括交流输入控制电路和逆变器203。其中，交流输入控制电路的具体结构与上述任意一种实施例所述的交流输入控制电路相同，本实施例不再赘述。所述逆变器203的输入端与所述中间电路的输出端连接，所述逆变器203的输出端给电动机供电。

本申请的实施例还提供一种用电设备，包括变频驱动器和电动机，所述变频驱动器将三相交流电源转换为需求频率和电压的交流电，从而驱动所述电动机按照需求转速进行工作。其中，变频驱动器的具体结构与上述实施例所述的变频驱动器相同，本实施例不再赘述。

可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。

需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (13)

1.一种交流输入控制电路，其特征在于，包括：整流器、中间电路、电压转换电路、采样电路、比较电路和控制模块；

交流电源接入所述电压转换电路的输入端；所述电压转换电路输出的电能依次经过所述整流器和所述中间电路处理后输出；

所述采样电路从所述电压转换电路的输出端采集电流信号，将采集的电流信号转换为电压采样信号送至所述比较电路；所述比较电路将所述电压采样信号与基准电压信号进行比较，输出比较结果信号至所述控制模块；

所述控制模块根据所述比较结果信号输出控制信号至所述电压转换电路，控制所述电压转换电路的接入状态。

2.根据权利要求1所述的交流输入控制电路，其特征在于，所述电压转换电路包括第一电压转换器件和第一可控开关；

所述第一电压转换器件的输入端连接交流电源接，输出端连接所述整流器；

所述第一可控开关与所述第一电压转换器件并联，所述第一可控开关的控制端与所述控制模块的输出端连接；所述第一可控开关在所述控制信号的作用下导通或断开。

3.根据权利要求2所述的交流输入控制电路，其特征在于，所述交流电源为三相交流电源；所述电压转换电路包括三组第一电压转换器件及对应的第一可控开关；三组所述第一电压转换器件和所述第一可控开关分别设置在三相交流电源的三条相线上。

4.根据权利要求3所述的交流输入控制电路，其特征在于，所述第一电压转换器件采用电抗器；所述第一可控开关采用继电器、MOS管、IGBT、三极管或者可控硅。

5.根据权利要求4所述的交流输入控制电路，其特征在于，所述电压转换电路包括电抗器L1、电抗器L2和电抗器L3，以及与电抗器L1并联的继电器K1、与电抗器L2并联的继电器K2、与电抗器L3并联的继电器K3。

6.根据权利要求1-5任一项所述的交流输入控制电路，其特征在于，所述采样电路包括多个串联连接的采样电阻；所述采样电路的一端与所述电压转换电路的输出端连接，另一端接地。

7.根据权利要求6所述的交流输入控制电路，其特征在于，所述采样电路包括依次串联的电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4，电阻R1的一端与所述电压转换电路的输出端连接，电阻R4的一端接地；

电阻R3与电阻R4的公共端为电压取样点，该点的电压信号送至所述比较电路。

8.根据权利要求2-5任一项所述的交流输入控制电路，其特征在于，所述中间电路包括第二电压转换器件、第二可控开关和储能器件；

所述第二电压转换器件的第一端与所述储能器件的第一端连接；所述第二电压转换器件的第二端和所述储能器件的第二端连接所述整流器的输出端；所述储能器件的两端用于连接逆变器的输入端；

所述第二可控开关与所述第二电压转换器件并联，所述第二可控开关的控制端与所述控制模块的输出端连接。

9.根据权利要求8所述的交流输入控制电路，其特征在于，所述第二电压转换器件为电抗器L4，所述第二可控开关为继电器K4，所述储能器件为电容C1。

10.根据权利要求8所述的交流输入控制电路，其特征在于，所述控制模块输出两路相反的控制信号，分别作用于所述第一可控开关和所述第二可控开关，使所述第一可控开关和所述第二可控开关的导通状态相反。

11.根据权利要求10所述的交流输入控制电路，其特征在于，所述控制模块包括控制单元和反相器；所述控制单元的输入端与所述比较电路的输出端连接；所述控制单元的输出端直接与所述第一可控开关连接，所述控制单元的输出端还通过所述反相器与所述第二可控开关连接。

12.一种变频驱动器，其特征在于，包括：权利要求1-11任一项所述的交流输入控制电路；还包括逆变器，所述逆变器的输入端与所述中间电路的输出端连接，所述逆变器的输出端给电动机供电。

13.一种用电设备，其特征在于，包括：权利要求12所述的变频驱动器。

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